(57)【要約】【課題】  電気抵抗溶接して用いられる無研削ティンフリースチールの溶接性を、精度よく評価する方法を提案する。【解決手段】  電圧降下法により接触抵抗を測定してティンフリースチールの電気抵抗溶接性を評価する方法において、前記接触抵抗の測定点数を異なる位置で20点以上行い、上記測定点中における電圧降下が0.05Ｖ超えの発生率に基づいて、溶接性の評価を行うことを特徴とするティンフリースチールの溶接性評価方法。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧降下法により接触抵抗を測定してティンフリースチールの電気抵抗溶接性を評価する方法において、前記接触抵抗の測定点数を異なる位置で20点以上行うことを特徴とするティンフリースチールの溶接性評価方法。
【請求項２】
溶接性の評価は、上記測定点中における電圧降下が0.05Ｖ超えの発生率に基づいて行うことを特徴とするティンフリースチールの溶接性評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１８リットル缶やペール缶等の溶接缶に用いられるティンフリースチールの溶接性を精度よく評価する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
１８リットル缶やペール缶等の缶胴には、冷間圧延後、焼鈍して得た冷延鋼板の原板表面に、電解クロム酸処理を施したティンフリースチールを素材とし、これを円筒状に成形した後、接合部(シーム部)を電気抵抗加熱シーム溶接機等で溶接したものが多く用いられている。しかし、上記ティンフリースチールは、その表面が高電気抵抗性を示すクロム水和酸化物層により覆われているため、電気抵抗が大きい。そのため、通常の溶接缶の製造に用いられている溶接機では、溶接可能電流範囲、即ち、溶接部が形成され始める最小の電流値と溶接部からチリが発生し始める最大電流値の範囲が狭く、適正な溶接電流の制御が難しいという問題を抱えている。
【０００３】
そこで、従来から、溶接を行う前に溶接部の表面を研削し、表面のクロム層を除去してから溶接することが行われていた。しかし、この方法では、研削粉による作業環境の悪化や、製品である缶の内部に研削粉が混入したりするほか、研削部分の防錆のため、補修塗装を行う必要があるなど、製造工程の複雑化や製造コストの増加、生産性の低下を招くという問題がある。しかも、上記補修塗装部分は、依然としてクロムめっきされた部分より耐食性が劣るという問題もある。
【０００４】
このような問題に対しては、事前に研削処理を施さなくても安定して溶接することができる無研削ティンフリースチールが提案されている。例えば、特許文献１には、クロムめっき量、特にクロム水和物量を低減することによって溶接性を改善する技術が、特許文献２には、鋼板表面に析出した金属クロムの形態を微細な粒状や突起状として、溶接部の接触抵抗を減らし、溶接性を改善する技術が開示されている。また、特許文献３には、金属Crと酸化クロムの間に金属Snを介在せしめた鋼板が開示され、特許文献４には、あらかじめ金属Snを粒状に鋼板表面に散在させておき、その上に薄Crめっきした鋼板が開示されている。
【特許文献１】特開昭61-213398号公報
【特許文献２】特開平03-229897号公報
【特許文献３】特開昭60-190597号公報
【特許文献４】特開平02-159386号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した改善技術の提案にも拘わらず、ティンフリースチールの溶接性は、いまだ十分に改善されたとは言い難く、製缶メーカーでの溶接不良を完全に防止するには至っていない。そのため、溶接缶に用いられるティンフリースチールについては、出荷するに際に溶接性を事前に評価し、出荷可否を判定することが行われていた。ティンフリースチールの溶接性を評価する方法としては、上述した溶接可能電流範囲を測定して評価する方法、めっき鋼板の接触抵抗を測定し評価する方法が一般的である。しかし、これらの評価方法では、測定結果と製缶メーカーにおける実ラインでの溶接性とは必ずしも十分な対応が取れている訳ではなかった。そのため、ティンフリースチールの溶接性について、より精度よく評価できる技術の開発が望まれていた。
【０００６】
本発明の目的は、電気抵抗溶接して用いられる無研削ティンフリースチールの溶接性を、精度よく評価することができる溶接性の評価方法を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明者らは、無研削ティンフリースチールの溶接性を精度よく評価する方法について、測定方法の観点から鋭意検討を重ねた。その結果、ティンフリースチールの接触抵抗の測定に電圧降下法を採用し、電圧降下が所定値を超える測定点数の発生率を精度よく測定すれば、溶接性の評価も精度よく行えることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明は、電圧降下法により接触抵抗を測定してティンフリースチールの電気抵抗溶接性を評価する方法において、前記接触抵抗の測定点数を異なる位置で20回以上行うことを特徴とするティンフリースチールの溶接性評価方法である。
【０００９】
また、本発明において、溶接性の評価は、上記測定点中における電圧降下が0.05Ｖ超えの発生率に基づいて行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、無研削ティンフリースチールの溶接性の評価を、製缶メーカー等のユーザーに出荷する前に精度よく行うことができるので、ユーザーにおける溶接不良を未然に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明を開発する契機となった実験について説明する。
発明者らは、ティンフリースチールの溶接不良の原因を探るべく、溶接性が良好な鋼板と悪い鋼板の表面に形成されたクロム水和酸化物層を調査した。上記調査は、クロム水和酸化物層の表面に炭素支持膜を形成した後、ナイタール液中で電解を行って金属クロムを溶解し、クロム水和酸化物層と炭素支持層のみからなる試料を作製し、これを透過型電子顕微鏡(ＴＥＭ)で観察する方法で行った。その結果、図１の写真に示したように、溶接性が良好な鋼板のクロム水和酸化物層は、厚みが薄く均一であるのに対し、溶接性が悪い鋼板のそれは、厚みが不均一で、局部的に厚い部分が認められることがわかった。この結果から、ティンフリースチールの溶接不良は、鋼板表面に形成されたクロム水和酸化物層の厚みが不均一で局部的に厚い部分が存在するために、溶接される鋼板同士の接触が不均一となり、その結果、接触抵抗が局部的に大きくなって溶接不良が発生したものと推定された。
【００１２】
そこで、このクロム水和酸化物層の厚みの不均一性を、測定に長時間を要するＴＥＭ観察法によらず、別の簡便な方法で評価することを検討した。その結果、鋼板表面の接触抵抗の測定結果と溶接性との間に相関があることがわかった。なお、鋼板表面の接触抵抗の測定方法には種々の方法があるが、本発明においては、２本の電極を１枚の鋼板の表面に一定の間隔をもって押し当て、この２本の電極間に一定の電流を流した時に生じる電圧降下を測定し、この値から接触低抗を評価する、いわゆる「電圧降下法」を用いるのが好ましい。
【００１３】
図２は、溶接性が良好な鋼板と悪い鋼板の表面の接触抵抗(すなわち、電圧降下)を、先端径が1.0mmの電極を用いて、４mmピッチで、約700mmの長さ(１８リットル缶の缶胴２缶分)を連続して４回測定した結果を示したものである。この図２から、溶接性が良好な鋼板表面の接触抵抗は、全長に亘り低くてばらつきが少ない(図２(a))のに対し、溶接性が悪い鋼板表面の接触抵抗は、全長に亘って接触抵抗が高いだけでなく、間歇的に接触抵抗の高い(電圧降下が大きい)箇所が存在している(図２(b))ことがわかった。さらに、他の溶接不良材についても同様の測定を行ったところ、溶接不良材では、電圧降下が0.05Ｖを超える接触抵抗が大きい測定点が、ある一定の率で検出されていることが明らかとなった。この結果、上記接触抵抗の大きい箇所の発生率を精度よく検出できれば、溶接不良を事前に予測できることがわかった。
【００１４】
しかし、溶接性を評価するために、図２に示したように多数の測定を行うことは現実的には困難である。そこで、接触抵抗の大きい箇所の発生率を精度よく検出する方法を検討するために、図２(b)に示したような、溶接性が悪かった鋼板を多数用意し、各鋼板について、上記と同様の方法で、接触抵抗を異なる箇所で50点連続して測定することを、それぞれ５回ずつ行った。そして、各回ごとに、測定点数と電圧降下が0.05Ｖを超える測定点の発生率との関係を調査した。その結果、測定点数を20点以上とすれば、ほぼ、接触抵抗が0.05Ｖを超える測定点の発生率を精度よく検出できることを見出した。図３は、上記測定結果の１例を示したものであり、測定点数が20点未満では、５回の測定間で、接触抵抗が0.05Ｖを超える測定点の発生率にばらつきが見られるが、20点以上であれば、ほぼ一定値になることがわかる。なお、より精度を上げるためには測定点数は25点以上が好ましい。本発明は、上記知見に基き開発したものである。
【００１５】
接触抵抗の測定に当たっては、測定に用いる電極の先端径(直径)は、大き過ぎると、鋼板と電極の先端との接触面積が広くなり過ぎて、クロム水和酸化物層の膜厚の不均一を検出することができない。そのためには、先端径は３mmφ以下の電極を用いることが好ましい。一方、電極の先端径が小さくなり過ぎると、電極先端が水和酸化物層を破壊するため鋼板表面の接触抵抗を測定することができなくなるため、0.5mmφ以上であることが好ましい。より好ましくは、電極先端径は1.0〜2.0mmφである。なお、接触抵抗の測定は、２〜10mm間隔で行うことが好ましい。２mm未満では、電極の先端部の径と大差がないからであり、一方、10mm超えでは、測定に要する試料が大きくなり過ぎるからである。
【００１６】
上記条件でティンフリースチールの接触抵抗を測定した時の、溶接性の良否の判断基準は、溶接条件によっても異なるが、平均電圧降下が0.03Ｖ以下でかつ0.05Ｖを超える測定点が、全測定数の10％以下の発生率であれば、溶接性は良好であると判断できる。一方、平均電圧降下が0.03Ｖを超えるかあるいは0.05Ｖを超える測定点が、全測定数の10％を超える場合には、ユーザーにおいて溶接不良を引き起こす確率は高いと評価できる。
【実施例１】
【００１７】
１８リットル缶の溶接缶胴用として実ラインで製造されている、ＳＰＴＦＳ-Ｔ-４ＣＡ(板厚0.32mm×板幅909mm×Ｃ、目標目付量；金属Cr量：100mg/m2、酸化Cr量：４mg/m2)の各コイルの外巻部分からサンプルを採取し、このサンプルについて、溶接される部分の接触抵抗を測定し、出荷判定を行った。出荷判定は、接触抵抗測定装置として、DX BARE METAL METER (EASTMAN KODAK社製)を用い、電極先端径：1.0mmφ、測定間隔：４mmの条件で、各サンプルについて25点ずつ、電圧降下値を測定し、電圧降下が0.05Ｖ以上の測定点の発生率が10％以下を良好、10％超えを不良と判定した。この出荷検査を開始することにより、ユーザーにおける溶接トラブルの発生頻度を大幅に低減することができた。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】溶接良好材と不良材のクロム水和酸化物層を透過型電子顕微鏡で観察した写真である。
【図２】溶接性良好材と不良材の接触抵抗(電圧降下)を連続して測定した結果を比較して示すグラフである。
【図３】接触抵抗の測定点数の測定方法を模式的に説明する図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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